V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Томск — 2011Оглавление

Оглавление		2
Аннотация		3
Задание		4
Постановка задачи		5
1. Введение		6
2. Основная часть		7
Теоретические сведения		7
Практическая реализация		8
3. Заключение		22
Список литературы		23

Аннотация

Используемые термины:

• Анимация,

• объект анимации,

• моделирование,

• сцена,

• текстура,

• рендеринг,

• модификатор.

Число страниц	23
Число рисунков	14
Число таблиц	0
Число приложений	0

Постановка задачи

Целью данной курсовой работы является моделирование персонажа в среде 3D Max. Для достижения этой цели была поставлена задача моделирования трехмерной динамической модели, а также управления элементами поверхности (человеческое тело), перемещения объекта в трехмерном пространстве, осмотра с разных сторон, освещения, создания компьютерного ролика (анимационного фильма).

Введение

Трехмерная графика и анимация, открывающие двери в захватывающий мир виртуальной реальности, занимают особое место среди компьютерных технологий, а пакет 3D Studio MAX компании Discreet является самым популярным среди приложений для трехмерного моделирования, анимации и рендеринга. Он обладает всеми необходимыми средствами для создания игровых миров и анимационных роликов и потому используется большинством разработчиков компьютерных игр и незаменим в компьютерной мультипликации и художественной анимации. Дизайнерам и инженерам 3D Studio MAX предоставляет средства фотореалистической визуализации для анализа разрабатываемого проекта, проведения презентаций и создания маркетинговых материалов. Широко применяется он в архитектурном проектировании для создания дизайна интерьеров. Давно оценили данное приложение и специалисты по телевизионным заставкам, клипам и спецэффектам в кино, пакет широко применяется при подготовке рекламных и научно-популярных роликов для телевидения.

Программа обладает интерактивным объектно-ориентированным интерфейсом, реализует расширенные возможности создания и управления анимацией, хранит историю жизни каждого объекта, предоставляет возможности для создания разнообразных световых эффектов и имеет открытую архитектуру, что позволяет расширять возможности приложения за счет подключаемых плагинов.

Пакет 3D Studio MAX достаточно сложен в освоении и имеет огромное число настроек, инструментов, меню и т.п. Даже простое перечисление его инструментов займет немало времени и вместе с тем не даст ни малейшего представления о нюансах работы.

Основная часть

Общие сведения о 3D Studio Max

3D Studio Max - лидер рынка программного обеспечения для трехмерного моделирования, анимации и визуализации.

Новая одиннадцатая версия 3D Studio MAX предлагает еще больше усовершенствованных возможностей, которые удовлетворяют возрастающим нуждам создателей трехмерных моделей и аниматоров, а также разработчикам интерактивных игр. Открытая архитектура 3D Studio MAX позволяет аниматорам воспользоваться преимуществами использования более чем ста подключаемых приложений, чтобы быстро и легко добавлять впечатляющие эффекты. Более того, с помощью 3D Studio MAX SDK они могут даже создавать свои собственные приложения-модули, чтобы придавать оригинальный вид своим творениям.

3D Studio Max - программа трёхмерной графики - может использоваться:

- в архитектурном проектировании;

- в подготовке рекламных и научно-популярных роликов для телевидения;

- в компьютерной мультипликации и художественной анимации (спецэффекты, фантастические чудовища и т.д.), например, спецэффекты к фильму "Мумия" сделаны в этой программе;

- в компьютерных играх;

- в компьютерной графике и Web-дизайне.

Этапы создания анимации

В отличие от программных средств двумерной компьютерной графики, представляющих собой совокупность инструментов и приемов для рисования изображений с помощью компьютера, программы 3D-графики предназначены для имитации фотографирования или видеосъемки трехмерных образов объектов, которые должны быть предварительно подготовлены в памяти компьютера. Совокупность таких образов носит название трехмерной сцены.

При использовании средств трехмерной графики синтез изображения сцены выполняется по алгоритму, или сценарию, включающему в общем случае следующие этапы:

- предварительная подготовка;

- формирование геометрической модели сцены, включающее промежуточные этапы создания базовых элементов моделей объектов, их преобразования и модификации;

- подготовка и назначение материалов;

- анимация сцены и настройка поведения объектов во времени;

- визуализация отдельных статичных изображений или серии кадров, составляющих анимационную последовательность и имитация эффектов внешней среды.

- настройка освещения и съемочных камер;

Далее представлен порядок действий, использованный при создании анимации в данной работе.

1. Предварительная подготовка

Собственно работа над анимацией начинается с создания новой сцены, открытия файла ранее сохраненной сцены или импорта файла сцены одного из форматов, не являющихся описаниями сцен МАХ 9.0. Можно начать с присоединения к текущей сцене объектов из файла ранее сохранённой сцены или замены части объектов текущей сцены объектами из файла ранее сохраненной сцены, имеющими аналогичные имена. В МАХ 9.0 реализована новая возможность включения в текущую разрабатываемую сцену внешних ссылок на существующие сцены или объекты из таких сцен, которые хранятся в отдельных файлах.

Рис. 1. Трехмерная модель тела человека

В данной работе в качестве первоначального шаблона была использована трехмерная модель тела человека с целью его последующей визуализации и создание анимационной трехмерной сцены.

2. Создание, преобразование и модификация моделей объектов

Работа над геометрической моделью сцены производится в два этапа: сначала создаются базовые элементы моделей объектов, а затем эти базовые элементы преобразуются и модифицируются.

На этом этапе был продуман состав сцены, предусмотрены все объекты и их детали, которые будут видны с предполагаемых направлений наблюдения: в данной работе на сцене расположены такие объекты как Box, Plane, Biped, а также текст.

Затем были выполнены необходимые преобразования базовых элементов моделей объектов, с использованием таких инструментов, как перемещение, поворот и масштабирование.

В итоге вы получите геометрическую модель трехмерной сцены.

Во время работы над геометрической моделью сцены были использованы средства увеличения и прокрутки изображения, а также заморозка и прозрачность модели, были модифицированы следующие объекты:

а) объект-примитив Box был модифицирован в объект «лестница» путем конвертирования в редактируемый объект и изменения формы и количества полигонов.

б) текст был введен для создания надписей, кроме того мы сделали его объемным и добавили подсветку с помощью элементов освещения.

в) объект-примитив Plane был модифицирован путем изменения размеров и использован для создания экстерьера, т.е. для визуализации обстановки, в которую был помещен основной объект.

г) объект Biped был добавлен для создания скелета человека. Кроме того, были изменены его качественные и количественные характеристики для того, чтобы встроить данный скелет в тело объекта и обеспечить большей подвижности всех частей тела.

В процессе изменения параметров скелета для сохранения положения полигонов, из которых состоит объект, были использованы функция заморозки «Зафиксировать выделенное» и функция «Просвечивание».

Рис. 2. Создание скелета с использованием объекта Biped

Рис. 3. Настройка параметров объекта Biped

После создания скелета и настройки всех его характеристик, необходимо встроить данный скелет в тело объекта. Для решения этой задачи использованы такие стандартные инструменты, как масштабирование, перемещение и поворот. Затем к телу был применен модификатор Skin. Теперь скелет и тело объекта будут перемещаться как единое целое.

Рис. 4. Процесс встраивания скелета в тело объекта

После завершения данной операции опции просвечивания и замораживания были возвращены в исходное состояние. Тело стало снова непрозрачным и доступным к деформации.

3. Анимация сцены и настройка поведения объектов во времени

Анимация (animation — оживление) сцены в 3D Studio MAX 9.0 состоит в автоматизации процесса формирования последовательности кадров, представляющих отдельные промежуточные стадии движения того или иного объекта сцены или изменения его свойств, таких как форма, цвет, прозрачность и т. п., — анимацию допускают почти все параметры МАХ 9.0.

Рис. 5. Элементы сцены

При этом было установлено начальное и конечное положения объекта (человека) в пространстве сцены указать, каким номерам кадров будущей анимации эти положения (значения свойств) соответствуют. Все промежуточные положения и значения свойств программа рассчитывает автоматически.

При синтезе каждого отдельного кадра анимационной последовательности программа выполняет все те же трудоемкие процессы расчета и визуализации изображений с учетом взаимных затенении, изменений освещенности, отражений света и т.д.

В процессе создания анимации в сцену были добавлены шаги. В данной работе использовались различные типы шагов, такие, как «бег», «прыжок» и «ходьба».

Далее были изменены параметры шагов: количество, угол поворота, длина шага и т.д.

Для создания собственной анимации в графическом редакторе Track View – Dope Sheet выбрали опцию «Свободная анимация» (рис.7, 8).

Для увеличения времени между шагами, которое нам понадобится для вставки свободной анимации, была использована функция Time-> Insert и увеличено расстояние между необходимыми шагами. На этом этапе были изменено положение объекта.

Рис. 6. Создание шагов

Рис. 7. . Редактирование шагов и включение опции собственной анимации

Рис. 8 Создание шагов собственной анимации

Приступая к созданию анимации, были настроены ее временные параметры (число кадров во временном сегменте: 889 кадров в сцене, частоту повторения кадров: 30 кадров в секунду). Далее выполнили воспроизведение и предварительный просмотр анимации с целью контроля качества движений.

4. Назначение и настройка материалов

Для достижения визуальной достоверности и повышения реализма синтезируемого изображения были применены материалы к геометрическим моделям объектов сцены.

Рис. 9. Редактирование материалов

Для этого были выбраны готовые материалы из библиотек, поставляемых в составе МАХ 9.0, и применен их к объектам сцены. Текстура для данной работы была сделана в программе Photoshop.

Рис. 10. Создание текстуры в программе Photoshop

Текстуры были наложены на объект Plane и на части тела персонажа (цвет кожи, волос, одежды и т.д.)

5. Настройка освещения и съемочных камер

Чтобы воспроизвести условия освещения сцены, отвечающие замыслу композиции, и подобрать выигрышные ракурсы наблюдения объектов, разместим в составе сцены воображаемые источники света и камеры.

Создание и настройка источников света

Для изменения общего уровня освещенности сцены настроили параметры подсветки (Ambient light), относящейся к разряду эффектов окружающей среды. Для регулирования уровня освещенности отдельных фрагментов сцены разместите в ее составе несколько всенаправленных осветителей Target Light и Free Light.

Правильный подбор источников света позволяет выполнять имитацию фотографирования сцены в любых условиях освещенности.

Рис. 11. Выбор необходимого ракурса постановки камеры

Размещение и настройка съемочных камер

Также в состав сцены было включено 9 моделей съемочных камер. Модели съемочных камер дают возможность осматривать и выполнять съемку трехмерной сцены под любым углом зрения.

Рис. 12. Настройка камер и освещения

Теперь, когда модель трехмерной сцены полностью готова, легко выполнить ее визуализацию с любого требуемого направления.

6. Визуализация сцены и имитация эффектов внешней среды

Затем была выполнена визуализация последовательности кадров, составляющих анимацию. При этом определены номера визуализируемых кадров или заданы границы диапазона номеров кадров, которые предстоит визуализировать.

Рис.13. Вывод последовательности кадров в файл формата .avi

Далее были заданы высота и ширина выходного изображения в пикселях: 800Х600 пикселей, настроен режим визуализации.

Далее с каждой из 9 камер произвели Rendering изображения и в итоге получили файлы формата avi.

7. Видеомонтаж

Далее были применены возможности фильтрации готовых изображений, объединения изображений двух кадров в одно целое на этапе видеомонтажа, с использованием наложения музыки и добавления титров. Все это было реализовано благодаря использованию программы Pinnacle Studio 9.

Рис. 14. Вывод отредактированного проекта в avi файл

Заключение

3D Studio МАХ 9.0 — достаточно сложная программа, являющаяся плодом интеллектуального труда большого коллектива разработчиков, создававших и совершенствовавших ее не один год. Она обладает поистине огромным количеством параметров, допускающих настройку и обеспечивающих воплощение практически любых замыслов пользователя, решившего заняться трехмерной компьютерной графикой и анимацией. В связи с этим для успешного освоения МАХ 9.0 мало знать назначение отдельных кнопок и команд меню. Необходимо иметь перед глазами хотя бы простейшие примеры выполнения тех или иных операций над объектами виртуального трехмерного мира.

Нет ни каких сомнений, что у этой программы большие перспективы, так как в связи с всеобщей компьютеризацией во многих сферах, работу связанную с графикой упростили и ускорили. Отсюда видна актуальность знаний об МАХ 9.0 и умении ею пользоваться, вследствие чего просто необходимо внедрять программы обучения работы с 3D графикой в ранней стадии обучения работе на компьютере.

Список литературы:

1. Маров М.П. Энциклопедия 3D Studio MAX 3 – СПб: Питер, 2000г.

2. Ш. Мортье Autodesk 3Ds Max 9 для «чайников» (книга+CD приложение), 2007г.

3. Д. Роджерс Алгоритмические основы машинной графики – М: Мир, 1989г.

4. Бондаренко С.В. Основы 3D Max 2009 – СПб: BHV-Санкт-Петербург, 2010г.

4. http://www.render.ru

Код для цитирования: Скопировать